JP6455899B2 - 自転車 - Google Patents

Description

本発明は、自転車に係り、特に、発進時等の低車速時に生じやすいハンドルおよびまたは車体のふらつきを低減することを可能とする自転車に関する。

従来から、自転車の発進時等の低車速時に生じやすいハンドルおよびまたは車体のふらつきを低減するため、ハンドルの回転軸まわりに専用の装置を備えた自転車が知られている。

特許文献１には、ハンドルの回動軸にモータによる駆動力を印加する電子制御ステアリング装置を適用し、ハンドルの舵角や操作圧力等に基づいて適切な反力を与えることで、ハンドルおよびまたは車体のふらつきを防ぐようにした自転車が開示されている。

特開２０１１−５９３５号公報

しかし、特許文献１に記載された自転車は、比較的大きなトルクを発生するモータや減速機構からなる電子制御ステアリング装置を適用するため、生産コストや重量の増加を招くこととなる。また、電子制御ステアリング装置に電力を供給するための比較的大きなバッテリを搭載する必要があり、電動アシスト自転車のバッテリから電力を供給する場合は、モータアシスト走行の航続距離が短くなるという課題がある。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、簡単かつ消費電力の少ない装置によってハンドルおよびまたは車体のふらつきを低減できる自転車を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、前輪（ＷＦ）を軸支するフロントフォーク（８）が操舵可能に軸支される車体フレーム（９）と、前記フロントフォーク（８）のステアリングステム（７）に固定されるハンドル（３）と、運転者（Ｍ）のペダル踏力を入力するペダルクランク（１０）とを有する自転車（１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）において、前記自転車（１）の車速を検知する車速センサ（２６）と、前記ステアリングステム（７）の回動動作に減衰力を与える電子制御ステアリングダンパ（４０）と、少なくとも前記車速センサ（２６）のセンサ出力に応じて前記電子制御ステアリングダンパ（４０）の減衰力を変更する制御部（３２）とを具備し、前記制御部（３２）が、前記車速（Ｖ）が所定閾値（Ｖ１）未満の場合の減衰力を、前記車速（Ｖ）が所定閾値（Ｖ１）以上の場合の減衰力より大きい値に設定する点に第１の特徴がある。

また、前記制御部（３２）は、前記車速（Ｖ）が所定閾値（Ｖ１）未満の領域において、前記電子制御ステアリングダンパ（４０）の減衰力を前記車速（Ｖ）の増加に伴って漸減させる点に第２の特徴がある。

また、前記制御部（３２）は、前記車速（Ｖ）が所定閾値（Ｖ１）以上の場合は、前記減衰力をゼロ以上の一定値（Ｚ１）に設定する点に第３の特徴がある。

また、運転者（Ｍ）によるペダル踏力を検知するペダル踏力センサ（２５）を具備し、前記制御部（３２）は、前記ペダル踏力が大きいほど前記減衰力を大きく設定する点に第４の特徴がある。

また、前記自転車（１）のロール角またはロール方向の回動速度を検知するロール角センサ（２８）を具備し、前記制御部（３２）は、ロール角が大きいほど、または、ロール方向の回動速度が大きいほど前記減衰力を大きく設定する点に第５の特徴がある。

また、前輪（ＷＦ）を軸支するフロントフォーク（８）が操舵可能に軸支される車体フレーム（９）と、前記フロントフォーク（８）のステアリングステム（７）に固定されるハンドル（３）とを有し、運転者（Ｍ）によるペダル踏力で駆動輪を回転させる自転車（１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）において、前記ペダル踏力を検出するペダル踏力センサ（２５）と、前記ペダル踏力センサ（２５）のセンサ出力に応じて、前記電子制御ステアリングダンパ（４０）の減衰力を変更する制御部（３２）とを具備し、前記制御部（３２）が、前記ペダル踏力が第３の閾値（Ｔ３）以上の場合の減衰力を、前記ペダル踏力が第３の閾値（Ｔ３）未満の場合の減衰力より大きく設定する点に第６の特徴がある。

また、前記電子制御ステアリングダンパ（４０）に電力を供給するバッテリ（３１）と、前記自転車（１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）の車輪（ＷＦ）の回転により駆動する発電機（２０ａ）とを具備し、前記バッテリ（３１）は、前記発電機（２０ａ）の発電電力によって充電される点に第７の特徴がある。

さらに、前輪（ＷＦ）を軸支するフロントフォーク（８）が操舵可能に軸支される車体フレーム（９）と、前記フロントフォーク（８）のステアリングステム（７）に固定されるハンドル（３）とを有し、運転者（Ｍ）によるペダル踏力で駆動輪を回転させる自転車（１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）において、前記自転車（１）のロール角またはロール方向の回動速度を検知するロール角センサ（２８）と、前記ステアリングステム（７）の回動動作に減衰力を与える電子制御ステアリングダンパ（４０）と、少なくとも前記車速センサ（２６）のセンサ出力に応じて前記電子制御ステアリングダンパ（４０）の減衰力を変更する制御部（３２）とを具備し、前記制御部（３２）は、ロール角が大きいほど、または、ロール方向の回動速度が大きいほど前記減衰力を大きく設定する点に第８の特徴がある。

第１の特徴によれば、前記自転車（１）の車速を検知する車速センサ（２６）と、前記ステアリングステム（７）の回動動作に減衰力を与える電子制御ステアリングダンパ（４０）と、少なくとも前記車速センサ（２６）のセンサ出力に応じて前記電子制御ステアリングダンパ（４０）の減衰力を変更する制御部（３２）とを具備し、前記制御部（３２）が、前記車速（Ｖ）が所定閾値（Ｖ１）未満の場合の減衰力を、前記車速（Ｖ）が所定閾値（Ｖ１）以上の場合の減衰力より大きい値に設定するので、車体構造を変更することなく比較的簡単に取り付けることができる電子制御ステアリングダンパを用いて、ハンドルおよびまたは車体のふらつきが生じやすい低車速時にのみステアリングステムの回動動作に高い減衰力を与えることでハンドルおよびまたは車体のふらつきを抑止すると共に、車速が上がった際には減衰力を下げて良好なセルフステアを保つことができる。

また、電子制御ステアリングダンパは、減衰力を調整するバルブを開閉するリニアソレノイドが電力を消費するのみであるため、消費電力の少ないシステムで低速時のハンドルおよびまたは車体のふらつきを抑制することができる。

第２の特徴によれば、前記制御部（３２）は、前記車速（Ｖ）が所定閾値（Ｖ１）未満の領域において、前記電子制御ステアリングダンパ（４０）の減衰力を前記車速（Ｖ）の増加に伴って漸減させるので、低速領域において、車速の増加に伴って減衰力を徐々に下げることで、ハンドルおよびまたは車体のふらつき抑止とセルフステアの確保とを両立することができる。

第３の特徴によれば、前記制御部（３２）は、前記車速（Ｖ）が所定閾値（Ｖ１）以上の場合は、前記減衰力をゼロ以上の一定値（Ｚ１）に設定するので、ある程度の高速領域に至ったら減衰力を小さな一定値とすることで、制御負担が低減すると共に、ハンドルおよびまたは車体のふらつき抑止と良好なセルフステアの確保とを両立できる。

第４の特徴によれば、運転者（Ｍ）によるペダル踏力を検知するペダル踏力センサ（２５）を具備し、前記制御部（３２）は、前記ペダル踏力が大きいほど前記減衰力を大きく設定するので、運転者は、左右いずれかの足でペダルを漕ぎ出す際に、体のバランスを保とうとして漕ぎ出す足と同じ側の腕に無意識に力を入れるため、特に発進時等の漕ぎ出しの際にハンドルおよびまたは車体のふらつきが生じやすくなることに対応して、ペダル踏力センサで検知されるペダル踏力が大きいほど減衰力を大きくすることで、ハンドルおよびまたは車体のふらつきをより確実に抑止することができる。

第５の特徴によれば、前記自転車（１）のロール角またはロール方向の回動速度を検知するロール角センサ（２８）を具備し、前記制御部（３２）は、ロール角が大きいほど、または、ロール方向の回動速度が大きいほど前記減衰力を大きく設定するので、低速時にロール角が大きくなったり、ロール方向の回動速度が大きくなるとハンドルの切れ込みが生じやすくなることに対応して、ハンドルおよびまたは車体のふらつきを確実に抑止するための適切な減衰力を与えることができる。

第６の特徴によれば、前輪（ＷＦ）を軸支するフロントフォーク（８）が操舵可能に軸支される車体フレーム（９）と、前記フロントフォーク（８）のステアリングステム（７）に固定されるハンドル（３）とを有し、運転者（Ｍ）によるペダル踏力で駆動輪を回転させる自転車（１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）において、前記ペダル踏力を検出するペダル踏力センサ（２５）と、前記ペダル踏力センサ（２５）のセンサ出力に応じて、前記電子制御ステアリングダンパ（４０）の減衰力を変更する制御部（３２）とを具備し、前記制御部（３２）が、前記ペダル踏力が第３の閾値（Ｔ３）以上の場合の減衰力を、前記ペダル踏力が第３の閾値（Ｔ３）未満の場合の減衰力より大きく設定するので、ペダル踏力センサで検知されるペダル踏力が大きいほど減衰力を大きくすることで、ハンドルおよびまたは車体のふらつきをより確実に抑止することができる。

第７の特徴によれば、前記電子制御ステアリングダンパ（４０）に電力を供給するバッテリ（３１）と、前記自転車（１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）の車輪（ＷＦ）の回転により駆動する発電機（２０ａ）とを具備し、前記バッテリ（３１）は、前記発電機（２０ａ）の発電電力によって充電されるので、電子制御ステアリングダンパの消費電力が小さいことから、自転車が走行する限り電子制御ステアリングダンパを駆動し続けることが可能となる。

第８の特徴によれば、前記自転車（１）のロール角またはロール方向の回動速度を検知するロール角センサ（２８）と、前記ステアリングステム（７）の回動動作に減衰力を与える電子制御ステアリングダンパ（４０）と、少なくとも前記車速センサ（２６）のセンサ出力に応じて前記電子制御ステアリングダンパ（４０）の減衰力を変更する制御部（３２）とを具備し、前記制御部（３２）は、ロール角が大きいほど、または、ロール方向の回動速度が大きいほど前記減衰力を大きく設定するので、低速時にロール角が大きくなったり、ロール方向の回動速度が大きくなるとハンドルの切れ込みが生じやすくなることに対応して、ハンドルおよびまたは車体のふらつきを確実に抑止するための適切な減衰力を与えることができる。

本発明の一実施形態に係る自転車の斜視図である。 自転車の左側面図である。 電子制御ステアリングダンパの制御系の構成を示すブロック図である。 電子制御ステアリングダンパの平面図である。 図４の５−５線断面図である。 ハウジングの一部断面平面図である。 電子制御ステアリングダンパに生じさせる減衰力と車速との関係を示すグラフである。 ステアリングダンパ制御の手順を示すフローチャートである。 ハンドルスイッチの平面図である。 電子制御ステアリングダンパの取り付け位置の変形例を示す図である。 電子制御ステアリングダンパの取り付け位置の第２変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る自転車の左側面図である。 電子制御ステアリングダンパおよび電子制御ステアリング装置の制御の手順を示すフローチャートである。 ステアリングステムに生じさせる減衰力と車速との関係を示すグラフである。 本発明の第３実施形態に係る自転車の左側面図である。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る自転車１の斜視図である。また、図２は自転車１の左側面図である。自転車１は、車体前方に位置するヘッドパイプ６と、該ヘッドパイプ６から後方かつ下方に延びる車体フレームとしてのダウンフレーム９と、ダウンフレーム９の後端から上方に立ち上がるシートパイプ１８とを備える。ヘッドパイプ６には、下方に延びるフロントフォーク８が操舵可能に接続されており、このフロントフォーク８の下端に前輪ＷＦが軸支されている。

ヘッドパイプ６に回動自在に軸支されるステアリングステム７の上端にはハンドル３が設けられており、ハンドル３の両端には、ハンドルグリップ２および前後輪のブレーキレバー１７が取り付けられている。左右のハンドル３の間には、前カゴ兼用のチャイルドシート４および足乗せ台５が取り付けられている。

ダウンフレーム９の後端には、後方に延びるリヤフォーク１３が配設されており、このリヤフォーク１３の後端に後輪ＷＲが軸支されている。シートパイプ１８の上部とリヤフォーク１３の後部との間には、左右一対のステー１４が配設されている。シートパイプ１８には、シート１５の上下位置を調整可能とするシートポスト１９が支持されている。

車幅方向に延びるペダルクランク軸２７は、ドライブスプロケット１２を貫通して固定されている。ペダルクランク軸２７の両側には、ペダル１０ａを有するクランク１０が固定されており、運転者Ｍがペダル１０ａを踏んで漕ぐことによりペダルクランク軸２７に回転トルクが与えられる。ドライブスプロケット１２の回転は、ドライブチェーン１１を介して後輪ＷＲのドリブンスプロケット１２ａに伝達される。

前輪ＷＦのハブ２０には車速センサ２６が設けられており、クランクペダル軸２７には運転者Ｍによるペダル踏力を検知するペダル踏力センサ２５が設けられている。車速センサ２６は、ハブ２０の内側に設けられた磁石および磁石の通過を検知するホール素子からなる。ペダル踏力センサ２５は、ペダルクランク軸１４に近接配置される非接触式の磁歪センサからなる。なお、車速センサ２６およびペダル踏力センサ２５の構造や配置は、種々の変形が可能である。

ここで、運転者Ｍと共に前カゴ兼チャイルドシート４に子供Ｃが乗車した状態を示す図１を参照して、ハンドル３のふらつきが発生するメカニズムを説明する。自転車１のハンドル３は、前後の２つの車輪で走行するという自転車の特性上、発進時等の低速時に前輪ＷＦの回転速度が低く、ジャイロ効果が小さいためにふらつきやすくなる。特に、ハンドル前部に取り付けられる前カゴやチャイルドシート等の積載量が増えると、より一層その傾向が強くなる。

これは、自転車の重量が大きい状態で、ペダル１０ａを漕ぎ出そうと片方の足Ｌ _Ｒ に力Ｆｂを加える際に、この体の動きとバランスを取ろうとして、片方の足（図１の例では右足）Ｌ_Ｒと同じ側の腕（図１の例では右腕）Ａ_Ｒに無意識に力Ｆａを入れてしまうことに起因する。この現象は、筋力があまり大きくない運転者に特に生じやすい。

そして、腕Ａ_Ｒによる力Ｆａは、体の内側に巻き込むような力Ｆｃに変換され、運転者Ｍが意識をしないと、この力Ｆｃがハンドル３を一方向に回動させる力Ｆｃ（図１の例では右回転）を誘発しやすく、特に、積載量が多く操舵系の慣性マスが大きい状態では、運転者Ｍが思った以上にハンドル３が一方向に切れ込むこととなる。ハンドル３のふらつきは、この切れ込みを戻そうとしている最中に生じるものである。

上記したメカニズムで発生するハンドル３のふらつきを低減するため、本願発明では、少ない電力で作動する減衰力可変機構を備えたステアリングダンパを設け、このステアリングダンパによりハンドル３の回動動作に減衰力（回動抵抗）を与える点に特徴がある。

図２に示すように、電子制御ステアリングダンパ４０は、その本体部をダウンフレーム９に設けられた取り付けステー２１に固定すると共に、車体前方側に延出する揺動アームがステアリングステム７に連結されている。これにより、車体の基本構成を変更することなく、ハンドル３の回動動作に任意の大きさの減衰力を与えることができる。

左側のハンドル３のハンドルグリップ２に近接する位置には、電子制御ステアリングダンパ４０に電力を供給する小型のバッテリ３１を収納した箱状のハンドルスイッチ３０が取り付けられている。バッテリ３１は、ハブ２０に内蔵された発電機２０ａによって走行中の充電が可能とされる。

図３は、電子制御ステアリングダンパ４０の制御系の構成を示すブロック図である。電子制御ステアリングダンパ４０は、制御部３２からの制御信号に基づいて減衰力を調整可能に構成されている。制御部３２は、ペダル踏力センサ２５および車速センサ２６のセンサ出力に基づいて、発進時の漕ぎ出し等の状況に合わせた減衰力を生じるように電子制御ステアリングダンパ４０を駆動する。各センサ信号に対する減衰力の大きさは、予め設定されたデータテーブルから導出することができる。電子制御ステアリングダンパ４０の電力消費部分は、油路の断面積を増減するバルブを開閉するリニアソレノイドのみであるため、ハンドルスイッチ３０に収納される小型バッテリ３１で制御系の全電力を賄うことができる。

なお、制御部３２も電子基板としてハンドルスイッチ３０の内部に収納することができる。また、車体のロール角またはロール方向の回動速度を検知するロール角センサ２８を備え、そのセンサ出力を電子制御ステアリングダンパ４０の制御に用いることもできる。

図４は、電子制御ステアリングダンパ４０の平面図である。また、図５は図４の５−５線断面図であり、図６はハウジング４１の一部断面平面図である。図中の方向矢印は、図２に示した電子制御ステアリングダンパ４０の取り付け位置に対応する。

電子制御ステアリングダンパ４０は、板状のベーン４７が作動油室４８の内部を揺動することで生じる抵抗を利用したロータリ式とされる。電子制御ステアリングダンパ４０のハウジング４１には、略扇型の作動油室４８、作動油室４８の左右端部から後方に延びる油路６０、左右の油路６０を連結する連結油路６１が形成されている。作動油室４８の内部には、揺動軸４６に固定されたベーン４７が収納されており、揺動軸４６の下端部には、揺動アーム４５が固定されている。揺動アーム４５は、ステアリングステム７に固定されるステー７ａに対してピン７ｂによって連結されている。ハウジング４１の左右および後部には、車体側への取り付けフランジ４２，４３，４４が形成されており、作動油室４８の上部開口は、複数のボルトで固定される蓋部材４１ａによって密閉される。

ステアリングステム７が回動すると、揺動アーム４５を介してベーン４７が揺動し、これにより、ベーン４７によって二分された作動油室４８の一方側の作動油が油路６０および逆止弁を介して連通油路６１側に押し出される。押し出された作動油は、連通油路の左右端部から上方前方に延びる戻り油路（不図示）を介して作動油室４８に戻る。このとき、ベーン４７に生じる抵抗がステアリングステム７に伝達され、ハンドル３のふらつきを防ぐ減衰力となる。そして、連通油路６１には、上下方向のバルブ孔６２が重なって形成されており、リニアソレノイド等からなる電動アクチュエータ６４によってポペットバルブ６３を上下に駆動することで、連通油路６１の流路面積を任意に変更することができる。

なお、本実施形態では、電子制御ステアリングダンパとして、モータによって減衰力変更機構を駆動するステアリングダンパを示したが、油圧ピストン等を含む油圧機構によって減衰力変更機構を駆動するステアリングダンパを適用することもできる。

図７は、電子制御ステアリングダンパ４０に生じさせる減衰力Ｚと車速Ｖとの関係を示すグラフである。自転車１の操縦特性を鑑みると、大きな減衰力が必要となるのは主に低車速時であり、車速が上がって安定するにつれて減衰力の必要性は小さくなる。また、ペダルの踏み込みによってハンドルが切れ込む際には減衰力を大きくしたいが、走行中に車体がロールした際のセルフステアは妨げないようにしたい。

このような要求に応じて、本実施形態では、車速が０（ゼロ）の際に設定される減衰力Ｚ２が、車速の増加に伴って減少して、所定閾値としての車速Ｖ１（例えば、６ｋｍ／ｈ）以上では減衰力Ｚ２より小さい減衰力Ｚ１で一定となるように設定している（グラフＡ）。併せて、ペダル踏力が大きい場合には、減衰力Ｚ２より大きく車速が０（ゼロ）の際に設定される減衰力Ｚ３が、車速の増加に伴って減少して、車速Ｖ１より大きい車速Ｖ２以降では、減衰力Ｚ１で一定となるように設定している（グラフＢ）。これにより、例えば、比較的低速の車速Ｖａにおいて生じる減衰力を、ペダル踏力に応じて連続的に変更すると共に、車速の増加に伴って減衰力を低減することができる。ペダル踏力が大きいか否かの判断は、例えば、ペダル踏力に設定した第３の閾値Ｔ３（例えば、１０Ｎｍ）以上であるか否かによって実行できる。

また、減衰力Ｚの設定は、車速が車速Ｖ１未満の場合と車速Ｖ１以上の場合の２段階に設定したり、車速Ｖ１以上では減衰力をゼロとする等の種々の変形が可能である。上記実施形態では、第１の閾値としての車速Ｖ１以上で減衰力が一定となるが、所定閾値の前後で減衰力を異ならせるほか、所定閾値Ｖ１より大きな第２の閾値を設定して、所定閾値Ｖ１の前後で減衰力が変化すると共に、第２の閾値以上では一定値となるように設定してもよい。図７に示した例では、所定閾値と第２の閾値とが車速Ｖ１で一致していることとなる。

さらに、減衰力Ｚの設定は、自転車のロール角またはロール方向の回動速度を検知するロール角センサ２８を備え、車速は考慮せずに、ロール角が大きいほど、または、ロール方向の回動速度が大きいほど電子制御ステアリングダンパ減衰力を大きく設定するようにしてもよい。

図８は、ステアリングダンパ制御の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０では、バッテリ３１の残量が規定量以上であるか否かが判定される。ステップＳ１０で肯定判定されると、ステップＳ１１に進んで車両状態としての車速を検知し、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、制御システムに常時エラーがないか否かが判定され、肯定判定される、すなわち、常時エラーがないと判定されると、ステップＳ１３で走行速度に応じたステアリングダンパ制御値が演算され、続くステップＳ１４において電子制御ステアリングダンパ４０の制御が実行される。なお、ステップＳ１０，Ｓ１２で否定判定されると、ステップＳ１５に進んでエラーコードを算出し、ステップＳ１６でエラー処理を実行して一連の制御を終了する。

なお、ペダル踏力センサ２５のセンサ出力を考慮して減衰力を決定する場合には、前記ステップＳ１１においてペダル踏力を検知し、ステップＳ１３の演算に反映させる。

また、車体のロール角度やロール方向の回動速度を検知するロール角センサ２８を備え、低速時に車体のロールを検知した場合に減衰力を大きくすることが考えられる。この場合も、前記ステップＳ１１においてロール角度等を検知し、ステップＳ１３の演算に反映させることで実行可能である。

図９は、ハンドルスイッチ３０の平面図である。ハンドルスイッチ３０は、バッテリ３１や制御部３２を収納するほか、操作スイッチおよびインジケータを備えたインターフェースとして機能する。

ハンドルスイッチ３０のケース３３には、速度計３４およびバッテリ残量計３５のほか、電子制御ステアリングダンパ４０の動作モードを切り換える動作モード切換えスイッチ３６、現在の動作モードを示すインジケータ３７，３８，３９が設けられている。インジケータ３７，３８，３９は、電子制御ステアリングダンパ４０の減衰力を最小限とする「オフモード」と、標準設定の減衰力が得られる「ソフトモード」と、標準設定より大きな減衰力が得られる「ハードモード」に対応しており、動作モード切換えスイッチ３６を押圧する毎に点灯位置が切り換えられる。これにより、車速やペダル踏力に応じて自動的に減衰力を設定するだけでなく、運転者Ｍの好みに合わせた調整を可能とするうえ、現在の動作モードを運転者Ｍに報知できることができる。動作モード切換えスイッチ３６は、電子制御ステアリングダンパ４０の電源スイッチとして兼用することができ、一方、車速センサ等のセンサ出力が長時間ないときは自動的に電源をオフにするように構成することができる。

図１０は、電子制御ステアリングダンパ４０の取り付け位置の変形例を示す図である。また、図１１は電子制御ステアリングダンパ４０の取り付け位置の第２変形例を示す図である。前記と同一符号は同一または同等部分を示す。

電子制御ステアリングダンパ４０を取り付ける位置や取り付け構造等は種々の変形が可能である。図１０に示す自転車１ａでは、ヘッドパイプ６の前方にステー２２を設けることで、電子制御ステアリングダンパ４０をヘッドパイプ６と足のせ台５との間の空間に配設し、後方に伸びる揺動アームを車体前方側からステアリングステム７に連結する。この変形例によれば、足乗せ台５と干渉することなく、かつ運転者Ｍの乗降時に触れることのない電子制御ステアリングダンパを得ることができる。

また、図１１に示す自転車１ｂでは、ダウンフレーム９ａの形状を変更してダウンフレーム９ａの下面と前輪ＷＦとの間に空間を設け、この空間に電子制御ステアリングダンパ４０を配設している。電子制御ステアリングダンパ４０の揺動アームは、ステアリングステム７の下端部に連結されている。この第２変形例によれば、電子制御ステアリングダンパ４０が後方下方に移動することで重心位置が車体中央に近づくと共に、運転者Ｍの乗降時に触れることのない電子制御ステアリングダンパを得ることができる。

図１２は、本発明の第２実施形態に係る自転車１ｃの左側面図である。前記と同一記号は同一または同等部分を示す。本実施形態では、自転車１ｃが、電子制御ステアリングダンパ４０に加えて、電子制御ステアリング装置５０を備えている点に特徴がある。電子制御ステアリングダンパ４０は、その本体部をダウンフレーム９に設けられた取り付けステー２１に固定すると共に、車体前方側に延出する揺動アームがステアリングステム７に連結されている。また、電子制御ステアリング装置５０は、ヘッドパイプ６の前方に固定されており、その本体部に内蔵されるモータによってステアリングステム７に任意の回動補助力を与えることができるように構成されている。

図１３は、図１２に示した自転車１ｃの電子制御ステアリングダンパ４０および電子制御ステアリング装置５０を制御する手順を示すフローチャートである。ステップＳ２０では、バッテリ３１の残量が規定量以上であるか否かが判定される。ステップＳ２０で肯定判定されると、ステップＳ２１に進んで、車両状態としての車速、ペダル踏力、車体のロール状態を検知し、ステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２では、制御システムに常時エラーがないか否かが判定され、肯定判定される、すなわち、常時エラーがないと判定されると、ステップＳ２３で走行速度に応じたステアリングダンパ制御値が演算される。続くステップＳ２４では、ペダル踏力および車体ロールに応じたステアリングダンパ制御値が演算され、ステップＳ２５においてペダル踏力および車体ロールに応じたステアリングトルク制御値が演算される。

そして、ステップＳ２６では、ステップＳ２３，Ｓ２４で演算された制御値に基づいて電子制御ステアリングダンパ４０の制御が実行され、ステップＳ２７では、ステップＳ２５で演算された制御値に基づいて電子制御ステアリング装置５０の制御が実行される。なお、ステップＳ２０，Ｓ２２で否定判定されると、ステップＳ２８に進んでエラーコードを算出し、ステップＳ２９でエラー処理を実行して一連の制御を終了する。

図１４は、ステアリングステム７に生じさせる減衰力Ｚと車速Ｖとの関係を示すグラフである。本実施形態では、車速が０（ゼロ）の際に設定される減衰力Ｚ１１が、車速の増加に伴って減少して、車速Ｖ１１以降では減衰力Ｚ１１より小さい減衰力Ｚ１０で一定となるように設定している（グラフＣ）。併せて、ペダル踏力が大きい場合には、減衰力Ｚ１１より大きく車速が０（ゼロ）の際に設定される減衰力Ｚ１２が、車速の増加に伴って減少して、車速Ｖ１１以降では、減衰力Ｚ１０で一定となるように設定している（グラフＤ）。これにより、例えば、比較的低速の車速Ｖ１０において生じる減衰力を、ペダル踏力に応じて連続的に変更すると共に、車速の増加に伴って減衰力を低減することができる。このようなグラフは、電子制御ステアリングダンパ４０のみで形成することもできるし、電子制御ステアリング装置５０を協働させることで形成することもできる。

図１５は、本発明の第３実施形態に係る自転車１ｄの左側面図である。前記と同一符号は同一または同等部分を示す。本実施形態では、自転車１ｄが、アシストユニットＰによる補助動力を得ることができる電動アシスト自転車である点に特徴がある。

シートパイプ１８の後方には、アシストユニットＰに電力を供給するバッテリＢが、シートパイプ１８に対して着脱可能に取り付けられている。車幅方向に延びるペダルクランク軸２７は、アシストユニットＰおよびドライブスプロケット１２を貫通して配設されている。ペダルクランク軸２７の両側には、ペダル１０ａを有するクランク１０が固定されており、運転者がペダル１０ａを踏んで漕ぐことによりペダルクランク軸２７に回転トルクが与えられる。

ペダルクランク軸２７には、ワンウェイクラッチを介してドライブスプロケット１２が取り付けられており、ドライブスプロケット１２の回転は、ドライブチェーン１１を介して後輪ＷＲのドリブンスプロケット１２ａに伝達される。これにより、運転者がペダルクランク軸２７に与えた回転トルクおよびアシストユニットＰが与えたアシストトルクの合力が後輪ＷＲに伝達されることとなる。

アシストユニットＰのケース５１には、アシストモータ５２と、アシストモータ５２を駆動する制御部５３とが含まれる。アシストモータ５２の回転駆動力は、減速機構を介してドライブスプロケット１２に印加される。

前輪ＷＦには車速センサ２６が設けられており、クランクペダル軸２７には運転者によるペダル踏力を検知するペダル踏力センサ２５が設けられている。車速センサ２６は、ハブ２０の内側に設けられた磁石および磁石の通過を検知するホール素子からなる。また、ペダル踏力センサ２５は、ペダルクランク軸１４に近接配置される非接触式の磁歪センサからなる。

制御部５３は、ペダル踏力センサ２５によって検出された回転トルク値に基づいて運転者がペダル１０を鉛直方向に踏む力を算出し、この踏み力と電動アシスト自転車１の車速に応じたアシスト比とによって定められるアシストトルクが発生するように、アシストモータ５３を制御する。

この電動アシスト自転車１ｄにおいて、電子制御ステアリングダンパ４０は、ヘッドパイプ６の車幅方向左側部に設けられたステーに固定されている。揺動アームは車幅方向内側に指向してステアリングステム７に連結される。これにより、電動アシスト自転車１の基本構成を変更することなく、ハンドル３の回動動作に任意の大きさの減衰力を与えることができる。電子制御ステアリングダンパ４０の電源は、バッテリＢから供給したり、前輪ＷＦの回転に応じて回転する発電機から供給することができる。

なお、自転車の形態、電子制御ステアリングダンパの構成や取り付け構造、電子制御ステアリングダンパの減衰力の設定や各センサ出力との関係等は、上記実施形態に限られず、種々の変更が可能である。また、発電機は前輪または後輪のいずれに適用してもよい。

１…自転車、３…ハンドル、６…ヘッドパイプ、７…ステアリングステム、９…ダウンフレーム、１０…クランク、１０ａ…ペダル、２０ａ…発電機、２５…ペダル踏力センサ、２６…車速センサ、３２…制御部、４０…電子制御ステアリングダンパ、５０…電子制御ステアリング装置、Ｖ１，Ｖ２…所定閾値、Ｖ２…第２の閾値、Ｔ３…第３の閾値

Claims (7)

1. 前輪（ＷＦ）を軸支するフロントフォーク（８）が操舵可能に軸支される車体フレーム（９）と、前記フロントフォーク（８）のステアリングステム（７）に固定されるハンドル（３）と、運転者（Ｈ）のペダル踏力を入力するペダルクランク（１０）とを有する自転車（１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）において、
   前記自転車（１）の車速を検知する車速センサ（２６）と、
   前記ステアリングステム（７）の回動動作に減衰力を与える電子制御ステアリングダンパ（４０）と、
   少なくとも前記車速センサ（２６）のセンサ出力に応じて前記電子制御ステアリングダンパ（４０）の減衰力を変更する制御部（３２）とを具備し、
   前記制御部（３２）が、前記車速（Ｖ）が所定閾値（Ｖ１）未満の場合の減衰力を、前記車速（Ｖ）が所定閾値（Ｖ１）以上の場合の減衰力より大きい値に設定すること、および
   前記制御部（３２）は、前記車速（Ｖ）が所定閾値（Ｖ１）未満の領域において、前記電子制御ステアリングダンパ（４０）の減衰力を前記車速（Ｖ）の増加に伴って漸減させることを特徴とする自転車。
2. 前記制御部（３２）は、前記車速（Ｖ）が所定閾値（Ｖ１）以上の場合は、前記減衰力をゼロ以上の一定値（Ｚ１）に設定することを特徴とする請求項１に記載の自転車。
3. 運転者（Ｈ）によるペダル踏力を検知するペダル踏力センサ（２５）を具備し、
   前記制御部（３２）は、前記ペダル踏力が大きいほど前記減衰力を大きく設定することを特徴とする請求項１に記載の自転車。
4. 前記自転車（１）のロール角またはロール方向の回動速度を検知するロール角センサ（２８）を具備し、
   前記制御部（３２）は、ロール角が大きいほど、または、ロール方向の回動速度が大きいほど前記減衰力を大きく設定することを特徴とする請求項１に記載の自転車。
5. 前輪（ＷＦ）を軸支するフロントフォーク（８）が操舵可能に軸支される車体フレーム（９）と、前記フロントフォーク（８）のステアリングステム（７）に固定されるハンドル（３）とを有し、運転者（Ｈ）によるペダル踏力で駆動輪を回転させる自転車（１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）において、
   前記ペダル踏力を検出するペダル踏力センサ（２５）と、
   前記ペダル踏力センサ（２５）のセンサ出力に応じて、前記電子制御ステアリングダンパ（４０）の減衰力を変更する制御部（３２）とを具備し、
   前記制御部（３２）が、前記ペダル踏力が第３の閾値（Ｔ３）以上の場合の減衰力を、前記ペダル踏力が第３の閾値（Ｔ３）未満の場合の減衰力より大きく設定することを特徴とする自転車。
6. 前記電子制御ステアリングダンパ（４０）に電力を供給するバッテリ（３１）と、
   前記自転車（１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）の車輪（ＷＦ）の回転により駆動する発電機（２０ａ）とを具備し、
   前記バッテリ（３１）は、前記発電機（２０ａ）の発電電力によって充電されることを特徴とする請求項１に記載の自転車。
7. 前輪（ＷＦ）を軸支するフロントフォーク（８）が操舵可能に軸支される車体フレーム（９）と、前記フロントフォーク（８）のステアリングステム（７）に固定されるハンドル（３）とを有し、運転者（Ｍ）によるペダル踏力で駆動輪を回転させる自転車（１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）において、
   前記自転車（１）のロール角またはロール方向の回動速度を検知するロール角センサ（２８）と、
   前記ステアリングステム（７）の回動動作に減衰力を与える電子制御ステアリングダンパ（４０）と、
   少なくとも前記車速センサ（２６）のセンサ出力に応じて前記電子制御ステアリングダンパ（４０）の減衰力を変更する制御部（３２）とを具備し、
   前記制御部（３２）は、ロール角が大きいほど、または、ロール方向の回動速度が大きいほど前記減衰力を大きく設定することを特徴とする自転車。

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